Green corn field growing up

Du courant propre venant de l’étable

Le biogaz fait sa percée : les agriculteurs sont toujours plus nombreux à miser sur cette forme de production énergétique des plus écologiques. D’autant plus que le principe est élémentaire, la technique simple et le rendement appréciable – sans compter l’excellent engrais, produit dérivé du courant !

La « vache idéale » ne produit pas de lait

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Des prés verdoyants où les vaches paissent et les oies criaillent, des arbres ployant à l’été et à l’automne sous le poids des fruits, de longues allées – et, sur la seule élévation dans ce paysage sinon uniforme, un château fort de carte postale : travailler ici à Kleve, c’est avoir assez bien réussi dans sa vie… à condition d’aimer l’atmosphère rurale.

Comme Ionel Constantin par exemple. Cet homme aux cheveux déjà clairsemés, portant une veste de cuir marron, nous conduit sur le site de la ferme Riswick – une sorte de ferme d’expérimentation gérée par la Chambre d’agriculture de Rhénanie-du-Nord-Westphalie au cœur d’un cadre de verdure idyllique. Dans cette région tout à l’ouest de l’Allemagne, à quelques kilomètres seulement de la frontière néerlandaise, le bon air de la campagne sent aussi l’ensilage servant à nourrir les quelque 200 vaches en stabulation libre. Constantin jette un coup d’œil vers les box occupés par les bovins en train de manger ; le silence est presque total, rarement interrompu par un meuglement. Satisfait, Constantin poursuit son chemin et nous atteignons notre but : devant nous se dresse un ensemble qui, au premier coup d’œil, semble détonner dans cette idylle campagnarde. Une installation de six constructions cylindriques faisant chacune peut-être cinq mètres de haut, deux d’entre elles, coiffées d’un toit conique, faisant vaguement penser à de gigantesques cases africaines. Devant elles, un cube vert ayant la taille d’un garage double et émettant un léger bourdonnement. « C’est notre unité de biogaz », déclare Ionel Constantin. Qui ajoutera plus tard, en guise de plaisanterie : « La meilleure vache de toute l’étable ». Le visiteur se met immédiatement à renifler : du biogaz ? Mais on ne sent rien. Si ce n’est l’odeur de terre, d’ensilage, de feuillage humide – c’est tout.

 Le fumier donne du courant

C’est ici qu’est produit le courant vert : ces constructions cylindriques font partie d'une unité de biogaz.

C’est ici qu’est produit le courant vert : ces constructions cylindriques font partie d’une unité de biogaz.

Nos deux « cases » (qui sont en vérité des « fermenteurs », autrement dit les réacteurs de l’installation) cachent bien leur jeu : le biogaz est certainement le meilleur exemple prouvant que le fumier vaut son pesant d’or. Les fermenteurs sont en effet « alimentés » par tous les résidus organiques produits par une exploitation agricole : à Kleve, les ouvriers remplissent chaque jour les conteneurs faisant 578 m³ avec près d’une tonne de résidus de fourrage, plus une tonne à une tonne et demie d’ensilage (herbe et maïs) – sans oublier cinq à six mètres cubes de purin (à faible odeur) provenant de l’étable. Le tout donne du courant : l’unité de 75 kW produit chaque jour près de 1 800 kWh. Et, en plus, suffisamment de chaleur pour chauffer cette ferme exemplaire.

Un produit secondaire problématique

Fermenting plants such as corn produces the combustible gas methane, which can be used to drive an electricity generator.

Le principe de fonctionnement d’une unité de biogaz est vite expliqué : dans le purin liquide dont la température avoisine les 38 °C, les bactéries se régalent de tout ce qui se décomposerait sinon inutilement à l’air libre, leur activité métabolique aboutissant à la production de méthane. Dans le mystérieux conteneur vert, Ionel Constantin nous montre l’utilité de ce gaz : il ouvre la porte et le léger bourdonnement se transforme en un bruit régulier rappelant le teuf-teuf d’un tracteur. Nous remarquons une légère odeur d’huile de graissage. Le sol du conteneur vibre sous nos pieds : « le méthane est un combustible », explique Constantin. Il peut servir à entraîner un moteur à explosion fonctionnant au gaz et non pas à l’essence ou au gazole. Celui-ci a à peu près la taille d’un moteur de camion. À son tour, le moteur fait tourner un générateur de courant. C’est en principe tout le secret d’une unité de biogaz !

Au quotidien, les choses sont nettement plus compliquées, les difficultés se nichant comme d’habitude dans les détails. Soit, dans notre exemple, l’écran en plastique d’un petit appareil de mesure placé près de la porte du conteneur. « 25 ppm », relève Constantin avec satisfaction. « Une bonne valeur. À partir de 40 ppm, ça devient critique. »

Conseiller technique à la clientèle chez LANXESS, le groupe de chimie de spécialités de Leverkusen, Gregor Hermanns nous explique ce que cela veut dire. L’expression anglaise parts per million ou ppm s’utilise dans les domaines de la science et de la technique au sens de millionième, comme le pourcentage pour un centième. Il s’agit du nombre de particules d’une substance A par million de particules de la substance B.

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« Nous parlons ici du taux d’hydrogène sulfuré présent dans le biogaz », explique Hermanns. Depuis quelques années, il a visité une multitude d’unités de biogaz. Et il est déjà venu à Kleve consulter les chiffres donnés par l’appareil de mesure de Constantin et les inscrire dans les colonnes de ses rapports. « L’hydrogène sulfuré est un produit secondaire se formant spontanément lors de la fermentation de la biomasse – si on ne fait rien, son volume peut atteindre 5 000 ppm – soit cent fois plus que le seuil acceptable. »

L’hydrogène sulfuré est l’un des rares composés chimiques que pratiquement chacun de nous connaît : c’est le gaz ayant l’odeur d’œuf pourri. Mais ce n’est pas l’odeur qui est problématique. Les réacteurs de biogaz sont blindés pour que l’on puisse récupérer le méthane, et rien ne risque d’en sortir. Non, le problème est autre : « L’hydrogène sulfuré peut endommager le moteur. Voire le détruire à long terme », précise Hermanns. En effet, la liaison du gaz avec l’eau omniprésente dans un réacteur à biogaz transforme le gaz en acide sulfureux. Même s’il n’est pas aussi agressif que l’acide sulfurique plus connu, utilisé par exemple dans les batteries de voiture et capable d’attaquer même le fer, l’acide sulfureux risque, à la longue, de détériorer le fermenteur, les conduites de gaz et les pistons du moteur. « Il faut donc éliminer l’hydrogène sulfuré », explique Hermanns. « Et c’est ici qu’intervient notre Bayoxide E 16. »

 Comment purifier un gaz

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Les chimistes de LANXESS ont trouvé une astuce permettant d’éliminer l’hydrogène sulfuré indésirable présent dans le « bouillon de purin » du fermenteur : ils ajoutent au mélange de purin, d’ensilage et de résidus fourragers une substance avec laquelle le gaz malodorant réagit encore plus volontiers qu’avec les métaux du moteur : les cristaux fins d’un minéral appelé goethite. Sur le plan chimique, il s’agit d’un composé d’oxyde de fer se transformant rapidement et facilement, en contact avec l’hydrogène sulfuré, en sulfures de fer inoffensifs. Dans la nature, la pyrite, également appelée « or des fous », est le représentant le plus connu de cette famille.

La véritable goethite est un minerai assez insignifiant à cristallisation aciculaire. Il n’est toutefois pas nécessaire de faire venir une excavatrice pour désulfurer le biogaz : Hermanns et ses collègues utilisent des substances de synthèse pour produire leur Bayoxide E 16 – qui est le nom de ce destructeur industriel d’hydrogène sulfuré. « Nous avons voulu développer une solution de désulfuration en conformité avec l’ordonnance relative aux engrais », explique le spécialiste de LANXESS. « Il fallait donc que notre matériel soit particulièrement propre. Le défi a donc consisté à trouver un processus de fabrication ne renchérissant pas le produit en dépit de la grande pureté. Il nous a fallu effectuer de longs travaux de recherche avant d’y parvenir enfin, il y a quelque temps. N’oublions pas que nous détenons une vaste expérience dans la production d’oxydes de fer tels que Bayoxide E 16 : depuis plus de 85 ans, ils sont employés pour fabriquer des pigments écologiques et résistant aux intempéries. Une expérience dont nous avons largement profité. »

Outre l’utilisation dans la désulfuration du biogaz, LANXESS a mis au point des pigments d’oxyde de fer destinés aux applications les plus variées. La gamme va des produits de coloration du béton et de l’équipement automobile (coussins gonflables, garnitures de frein ou catalyseurs) aux pigments entrant dans la composition du toner utilisé dans les photocopieuses et les imprimantes laser. Les pigments fournissent également de bons supports adsorbants servant par exemple à épurer l’eau potable ou les eaux usées.

Une solution idéale pour la désulfuration

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Pour les exploitants d’unités de biogaz, l’existence de Bayoxide E 16 est une véritable chance car jusqu’alors, les solutions de remplacement à la fois écologiques, économiques, propres et avant tout sûres ne couraient pas les rues. Consistant à pomper de l’air dans le fermenteur pour que les bactéries puissent décomposer le gaz en soufre neutre, la méthode la moins chère est non seulement improductive, car le biogaz est alors raréfié, mais surtout dangereuse : « À déconseiller absolument ! le mélange méthane/oxygène est explosif », déclare immédiatement Constantin. Dans certaines unités, de la véritable goethite a effectivement été émiettée dans le bouillon de biomasse… mais nul ne sait quel en est l’impact une fois que les résidus fermentés sont épandus dans les champs. En effet, les minerais non traités contiennent parfois des métaux lourds qu’il vaut mieux ne pas retrouver dans son assiette.

L’ajout de solutions à base de sel ferreux n’a pas été non plus la panacée en raison du chlore qu’elles renferment, une substance très corrosive. « En plus, les solutions aqueuses ne contiennent que relativement peu de sel », ajoute Gregor Hermanns. Par contre, la poudre Bayoxide E 16 comprend près de 60 % de fer, étant ainsi bien plus concentrée. » Et sa manipulation est on ne peut plus simple : l’ouvrier en jette tout simplement quelques sacs dans le convoyeur alimentant le fermenteur : les sacs en papier se décomposent au fil du temps, toute autre installation de dosage (chère !) étant superflue.

De l’énergie verte pour le monde entier

Biogas is one of the key elements of Germany’s “energy transition.” The environmentally friendly method of generating electricity and gas in simple fermenters is gaining more and more adherents worldwide.

Le biogaz est non seulement l’une des clés du virage énergétique en Allemagne – dans le monde entier, cette méthode écologique de production de courant ou de gaz dans de simples fermenteurs trouve toujours plus d’adeptes.

Dans l’unité expérimentale de Constantin, on a longtemps utilisé du charbon actif pour éliminer du fermenteur l’indésirable gaz à l’odeur d’œuf pourri avant qu’il ne puisse faire des siennes. L’opération était aussi chère que laborieuse, les filtres devant être remplacés toutes les quatre à six semaines. Bayoxide E 16 n’a pas encore permis d’y renoncer complètement mais, selon notre expert agronome, « cet additif effectue une grande partie de la désulfuration avant le charbon actif ». Et si l’on tient compte du temps de travail et du prix du charbon actif, il est tout à fait possible que Bayoxide E 16 soit finalement la solution la plus avantageuse. Et il est également possible que l’on puisse encore réduire l’utilisation (relativement onéreuse) du charbon actif en augmentant l’apport de goethite de synthèse LANXESS dans le réacteur. « Nous allons d’ailleurs le tester. »

Le matériau fermenté enlevé à intervalles réguliers par les collaborateurs de Constantin du fermenteur secondaire de leur unité de biogaz peut être quand même épandu sur les champs « sans aucun problème », déclare Hermanns. « C’est l’un des meilleurs fertilisants qui soient », ajoute cet expert en agriculture, « car l’azote dont les plantes ont besoin pour pousser est encore présent dans les résidus de fermentation, sa concentration étant même plus élevée. »

Une technologie aboutie

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Le biogaz est-il donc rentable pour tous les agriculteurs ? Ionel Constantin répond immédiatement : « Oui ! Il s’agit d’une technologie parfaitement aboutie. Exploitée depuis 2002, notre unité a été l’une des premières en Allemagne. À cette époque, nous n’avions pas beaucoup d’expérience et nous avons fait de nombreux essais. Aujourd’hui, l’unité est amortie depuis longtemps et rentable. » Et de recommander : il suffit en principe de disposer d’une surface agricole suffisamment grande et d’un apport en fonds propres correspondant à environ la moitié de l’investissement  pour pouvoir exploiter une unité de biogaz.

Et les adeptes ne manquent pas : en Allemagne, le nombre d’unités de biogaz a décuplé en 13 ans ; en 2011, les moteurs alimentés au biogaz ont injecté près de 3 000 mégawatts d’électricité dans le réseau électrique – autant que deux grandes centrales nucléaires. Cette ressource est également en train de faire sa percée, à petite comme à grande échelle, dans le reste du monde : il existe déjà en Chine et en Inde par exemple des unités de biogaz ayant une capacité de l’ordre du mégawatt – et respectant majoritairement la neutralité carbone. Au Cambodge, certaines familles utilisent de petits fermenteurs de ménage pour produire le gaz de cuisine : les déjections de 500 poules suffisent pour faire tourner une petite unité de biogaz de quelques mètres cubes.

Ionel Constantin nous dit au revoir. Dans le conteneur vert, le moteur continue à ronronner doucement. Les vaches installées dans les étables parfaitement propres ont fini de manger. Constantin transformera leur « production » en courant. Un dernier test olfactif : hydrogène sulfuré ? Odeur d’œuf pourri ? Non, rien du tout. Seulement l’air de la campagne et une odeur de terre mouillée.